中國(guó)碳捕集、利用與封存技術(shù)研發(fā)與示范
以氣候變化為核心的全球環(huán)境問(wèn)題日益嚴(yán)重， 已經(jīng)成為威脅 人類可持續(xù)發(fā)展的重要挑戰(zhàn)。 根據(jù)政府間氣候變化委員會(huì)第 4 次 評(píng)估報(bào)告(IPCC AR4)結(jié)論，全球地表平均溫度近百年來(lái)
(1906-2005年)升高了 0.74 °C,主要是由于化石燃料燃燒和土 地利用變化等人類活動(dòng)排放的溫室氣體(主要包括 CO2
、CH4和 N2O等)導(dǎo)致大氣中溫室氣體濃度增加所引起的 ［1-2］。情景研究預(yù)測(cè)，到本世紀(jì)末，大氣中溫室氣體的濃度 將增加 1 倍，全球平均溫度仍將上升 1.1- 6.4 C ，海平面可能上 升 0 . 6m［ 1 -2 ］。為避免對(duì)氣候系統(tǒng)造成不可逆轉(zhuǎn)的不利影響， 必須采取措施減少和控制溫室氣體的產(chǎn)生和排放。
削減以CO2為主的溫室氣體排放已成為當(dāng)今國(guó)際社會(huì)關(guān)注 的熱點(diǎn)。碳捕集與封存 (Carbon Capture and Storage, CCS) 技
術(shù)作為是一項(xiàng)新興的、 具有大規(guī)模減排潛力的技術(shù)， 有望實(shí)現(xiàn)化 石能源使用的CO2近零排放，被認(rèn)為是進(jìn)行溫室氣體深度減排最 重要的技術(shù)路徑之一。近年來(lái)，為促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展
與應(yīng)用，歐 盟、美國(guó)、澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家均已啟動(dòng)大規(guī)模的計(jì)劃推動(dòng) CCS 技術(shù)的研發(fā)與示范，并在 8國(guó)集團(tuán)( G8)、 20國(guó)集團(tuán)( G20)、 碳收集領(lǐng)導(dǎo)人論壇(CSLF等框架下積極推動(dòng)CCS在全球范圍的 發(fā)展［ 3］。
中國(guó)能耗總量大， 能源結(jié)構(gòu)以煤為主的現(xiàn)實(shí)在未來(lái)將長(zhǎng)期存 在，在溫室氣體減排問(wèn)題上也將面臨越來(lái)越大的壓力。開(kāi)展 CCS 技術(shù)的研發(fā)和儲(chǔ)備， 將為中國(guó)未來(lái)溫室氣體減排提供一種重要的 戰(zhàn)略性技術(shù)選擇。 為積極應(yīng)對(duì)氣候變化， 增強(qiáng)控制溫室氣體排放 技術(shù)能力，中國(guó)對(duì)CCS技術(shù)給予了積極的關(guān)注和高度重視， 政府、 科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)從不同的層面圍繞該技術(shù)領(lǐng)域開(kāi)展了大量的工 作。
1 碳捕集、利用與封存技術(shù)及其特點(diǎn)
CCS技術(shù)是指將C02從電廠等工業(yè)或其他排放源分離，經(jīng)富 集、壓縮并運(yùn)輸?shù)教囟ǖ攸c(diǎn)，注入儲(chǔ)層封存以實(shí)現(xiàn)被捕集的 CO2 與大氣長(zhǎng)期分離的技術(shù)］4-5 ］。CCS是一項(xiàng)系統(tǒng)技術(shù)，包括 C02 捕集技術(shù)、 運(yùn)輸技術(shù)和封存技術(shù)的系統(tǒng)集成， 主要應(yīng)用對(duì)象為大 規(guī)模的C02排放點(diǎn)源，包括電廠、煤化工廠等。根據(jù)排放源類型 的不同，捕集技術(shù)分為燃燒后捕集、 燃燒前捕集和富氧燃燒捕集， 分別用于傳統(tǒng)燃煤電廠、IGCC電廠和富氧燃燒系統(tǒng)。
運(yùn)輸可采 用槽車、船舶、管道等方式。 封存方式包括地質(zhì)封存與海洋封存， 地質(zhì)封存可在深層咸水層、油氣藏和深層煤層中進(jìn)行。
C02是工業(yè)活動(dòng)的必然產(chǎn)物，對(duì)其進(jìn)行捕集和封存在經(jīng)濟(jì)效 益上是純耗費(fèi)的行為， 如能加以資源化利用， 可創(chuàng)造額外的經(jīng)濟(jì) 和環(huán)境效益。為此，我國(guó)格外關(guān)注創(chuàng)新型 C02資源化利用技術(shù)的 研發(fā)，提出系統(tǒng)發(fā)展碳捕集、利用與封存( Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS )技術(shù)，并在國(guó)際社會(huì)產(chǎn)生了 一定影響。 2010 年 7 月，主要經(jīng)濟(jì)體能源安全與氣候變化論壇
(MEF成立了 CCUSE作組，以推動(dòng) CCU戰(zhàn)術(shù)在全球?qū)用娴难?發(fā)、示范與推廣。
ccuS技術(shù)是一項(xiàng)具有戰(zhàn)略意義的新興溫室氣體控制技術(shù)， 總體上尚處于研發(fā)和示范階段， 目前仍存在許多制約其發(fā)展的突 出問(wèn)題［6-7 ］，主要包括：①高能耗，以電廠燃燒前捕集系統(tǒng) 為例，在目前的技術(shù)水平下低濃度 CO2的捕集、分離、提純將降 低整個(gè)電廠發(fā)電效率約 20%，此外運(yùn)輸、注入等環(huán)節(jié)也均需消耗 能量；②高成本，高能耗勢(shì)必帶來(lái)高成本，目前技術(shù)水平下 CO2
捕集成本約13-51美元，約占全流程成本80%左右；③可持續(xù)發(fā) 展效益不顯著，除實(shí)現(xiàn)控制 C02非放外，沒(méi)有其他方面的經(jīng)濟(jì)、 環(huán)境效益， 額外的能源消耗還可能釋放更多的氮氧化物、 硫化物 和顆粒物等常規(guī)環(huán)境污染物； ④長(zhǎng)期封存的安全性和可靠性存在 風(fēng)險(xiǎn)，圭寸存的C02若發(fā)生泄漏可能危害人體健康、 影響當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)
系統(tǒng)，進(jìn)行C02封存還可能污染地下水，甚至可能誘發(fā)地震。因 此，加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)和示范以解決這些問(wèn)題是現(xiàn)階段推動(dòng)該技術(shù)發(fā) 展的重點(diǎn)。
2中國(guó)CCUS技術(shù)政策 為引導(dǎo)和推動(dòng)該技術(shù)的發(fā)展， 《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展 規(guī)劃綱要( 2006-2020 年)》在先進(jìn)能源技術(shù)重點(diǎn)研究領(lǐng)域提出 了“開(kāi)發(fā)高效、 清潔和二氧化碳近零排放的化石能源開(kāi)發(fā)利用技 術(shù)”；《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化科技專項(xiàng)行動(dòng)》明確將 C02捕集、利
用與圭存技術(shù)開(kāi)發(fā)作為控制溫室氣體排放和減緩氣候變化的重
要任務(wù)之一；《中國(guó)應(yīng)對(duì)氣候變化國(guó)家方案》將 CCUS等煤清潔
高效開(kāi)發(fā)與利用技術(shù)的開(kāi)發(fā)列為我國(guó)溫室氣體減排領(lǐng)域的重點(diǎn) 工作之一。
“十一五”期間，國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展（ 973）計(jì)劃、國(guó) 家高技術(shù)研究發(fā)展（863）計(jì)劃等支持對(duì)C02捕集、資源化利用 與封存相關(guān)科學(xué)理論、 關(guān)鍵技術(shù)等展開(kāi)研究， 旨在加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新， 促進(jìn)能耗和成本降低，深化和拓展C02資源化利用途徑，提高其 可持續(xù)發(fā)展效益。“ 973”計(jì)劃“十一五”期間安排了“溫室氣 體提高石油采收率的資源化利用及地下埋存”項(xiàng)目， 圍繞適合中 國(guó)地質(zhì)特點(diǎn)的C02埋存標(biāo)準(zhǔn)制訂及應(yīng)用潛力評(píng)價(jià)； C02地下埋存
的地質(zhì)學(xué)理論；C02地下埋存的監(jiān)測(cè)和前緣預(yù)測(cè)技術(shù)；注 C02提 高原油采收率的多相多組分相態(tài)理論； C02驅(qū)替過(guò)程中多相多組
分非線性滲流機(jī)理和規(guī)律； 02/C02循環(huán)燃燒及污染物的協(xié)同脫
除；燃煤C02分離與富集；C02防腐、結(jié)垢等工程技術(shù)與方法等 展開(kāi)研究。“ 863”計(jì)劃資源環(huán)境技術(shù)領(lǐng)域在“十一五”期間安 排了“二氧化碳的捕集與封存技術(shù)”重點(diǎn)項(xiàng)目， 研發(fā)吸附、 吸收 等C02捕集技術(shù)，探索C02封存技術(shù)。項(xiàng)目包括3個(gè)課題，分別 圍繞新型高效吸收溶劑、 特大型吸收設(shè)備強(qiáng)化和過(guò)程優(yōu)化； 新型 高效吸附材料的制備篩選和基礎(chǔ)物性、 吸附分離過(guò)程優(yōu)化； 咸水 層封存能力評(píng)價(jià)、 安全性以及封存效果監(jiān)測(cè)開(kāi)展具體的研發(fā)與示 范工作。
3中國(guó)CCUS技術(shù)研發(fā)與示范
與國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家相比，我國(guó) ccuS技術(shù)研發(fā)工作起步較晚， 但近年來(lái)發(fā)展迅速。 在國(guó)家相關(guān)科技政策的引導(dǎo)下， 一些國(guó)內(nèi)高 校、研究院所、企業(yè)等已經(jīng)圍繞 C02封存、利用和埋存開(kāi)展了許 多具體的研究和示范工作，在部分技術(shù)領(lǐng)域，技術(shù)水平、示范規(guī) 模及運(yùn)行效果甚至已經(jīng)走在世界前列。在全流程 ccuS技術(shù)整合
與示范方面， 部分國(guó)內(nèi)企業(yè)也已開(kāi)始行動(dòng)， 一些工業(yè)級(jí)試驗(yàn)和示 范正在開(kāi)展。
3.1C02 捕集技術(shù)研發(fā)與示范
目前，我國(guó)專門(mén)圍繞C02甫集技術(shù)開(kāi)展的研發(fā)與示范活動(dòng)主 要集中在燃燒后和富氧燃燒， 這是因?yàn)槿紵安都夹g(shù)研發(fā)要以 IGCC發(fā)電系統(tǒng)為基礎(chǔ)，而我國(guó)IGCC發(fā)電系統(tǒng)目前仍處于研發(fā)階 段。當(dāng)前我國(guó)主要的 C02甫集技術(shù)示范活動(dòng)的基本情況見(jiàn)表 1。
